中国核技术网讯：固态辐射探测器使用晶体半导体(例如硅或锗)将X射线光子直接转换为电流。这样的设备在灵敏度和检测极限方面都优于其他检测技术。现在，美国研究小组已经证实，一种新型的固态X射线检测器的，基于所述矿物的钙钛矿薄膜，比传统的硅基设备的灵敏度高100倍。
来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的通讯作者Wanyi Nie解释说:“我们的材料，混合钙钛矿，含有铅和碘等重元素，比硅更能有效地阻挡x射线。”“在这项研究中，我们希望证明钙钛矿半导体比硅更薄的一层，仍然可以保持检测性能。”
“我们的材料，混合的钙钛矿，含有重元素如铅，碘，可以比硅更有效地阻止X射线”，解释对应作者万艺啮从Los Alamos国家实验室。“在这项研究中，我们希望证明钙钛矿半导体层比硅薄得多，并且仍然可以保持检测性能。”
薄膜钙钛矿探测器可以在极低的辐射剂量下实现医学和牙科成像，同时还可以提高安全扫描仪和X射线研究应用中的分辨率。Nie说：“改进的检测下限将允许使用大大减少的X射线剂量生成相同质量的图像，这对患者来说更安全。”
设备测试
Nie及其同事使用2D Ruddlesden-Popper(2D-RP)相层钙钛矿制造了X射线探测器。他们利用Argonne国家实验室的Advanced Photon Source的同步加速器光束线对设备进行了表征。
为了评估使用薄膜钙钛矿作为辐射探测器的可行性，他们首先确定了线性X射线吸收系数与2D-RP钙钛矿以及3D钙钛矿和硅的入射能量的关系。对于高能X射线，钙钛矿材料的吸收系数平均比硅高10到40倍，对于2D和3D钙钛矿，其吸收系数相似。
基于钙钛矿的强X射线吸收，研究人员接下来评估了薄膜p – i – n探测器(结构为：铟锡氧化物/ p型触点/ 2D-RP薄)的电流密度-电压特性。薄膜/ n型触点/金)使用470 nm 2D-RP薄膜制造。作为参考，他们还在相同条件下测试了商用硅p – i – n二极管(厚600 µm)。
高性能X射线检测器的一项重要要求是在反向偏置时具有最小的暗电流，以便可以在低X射线剂量下产生的信号被解析为高于暗噪声。在X射线曝光之前，2D-RP器件的暗电流密度在零偏压下为10 -9 A / cm 2。在-1 V的反向偏置下，暗电流密度为10 -7 A / cm 2 –转换为10 12 W·cm 的高二极管暗电阻率。
暴露于10.91 keV X射线束(光子通量为2.7×10 12 counts / cm 2 / s)后，二维零电位传感器在零偏压下显示出电流密度的大幅增加：比其高四个数量级。暗电流。相比之下，硅器件的电流密度仅增加了两个数量级。
接下来，研究人员通过检查X射线产生的电荷密度与零偏压下剂量的函数关系，来量化设备的检测极限。2D-RP器件的检测光子密度极限约为5×10 8 counts / s / cm 2，而硅器件的极限为3×10 9 counts / s / cm 2。他们将2D-RP器件的出色性能归因于其低暗电流。
2D-RP设备的估计X射线检测灵敏度为0.276 C / Gy 空气 / cm 3，而硅二极管为0.000333 C / Gy 空气 / cm 3。研究人员指出，2D-RP设备的灵敏度大大高于其他钙钛矿薄膜X射线检测器的报告值。
2D-RP器件的一大优势是它在零偏置(一次电流)下具有很高的灵敏度，这使其无需外部电源即可作为自供电检测器工作。这与较大的整体钙钛矿探测器不同，后者需要高压操作，从而大大降低了使用寿命。在2D-RP器件上的测试表明，该薄膜在偏压和X射线曝光下均稳定。
研究小组得出结论，层状钙钛矿薄膜是新一代X射线探测器的有希望的候选者。聂说，应该有可能为医学成像应用制造大规模的探测器阵列。
她告诉《物理世界》：“目前，由于价格高昂，半导体检测器并未广泛用于大规模应用中。” “由于我们可以从解决方案中制造设备，因此可以想象打印出一个大型的像素化探测器阵列，这种阵列的价格可能会便宜得多，尤其是对于大型成像应用而言。”
